JP2534343B2 - Ultrasonic linear motor - Google Patents

Ultrasonic linear motor

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JP2534343B2
JP2534343B2 JP1055572A JP5557289A JP2534343B2 JP 2534343 B2 JP2534343 B2 JP 2534343B2 JP 1055572 A JP1055572 A JP 1055572A JP 5557289 A JP5557289 A JP 5557289A JP 2534343 B2 JP2534343 B2 JP 2534343B2
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vibrating
linear motor
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piezoelectric
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一正 大西
浩一 内藤
徹 中澤
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、電子機器や精密機械における駆動源とし
て好適な超音波リニアモータに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic linear motor suitable as a drive source for electronic devices and precision machines.

[従来の技術] 近年、圧電セラミックスを素材とする圧電素子の超音
波振動を駆動源とした超音波モータが開発され、種々の
機器のアクチュエータとして利用されている。このよう
な超音波モータは、小型で高トルクが期待され、また、
圧電素子を用いるものにおいては、電磁波の発生がない
ので電磁媒体等への影響がないなどの長所を有してい
る。
[Prior Art] In recent years, an ultrasonic motor using ultrasonic vibration of a piezoelectric element made of piezoelectric ceramics as a drive source has been developed and used as an actuator for various devices. Such an ultrasonic motor is expected to be small and have high torque.
The piezoelectric element is advantageous in that it does not generate electromagnetic waves and does not affect the electromagnetic medium.

超音波モータは、振動する駆動体と被駆動体とを近接
させて配置し、駆動体の送り方向への振動を摩擦を介し
て被駆動体に伝達させるようにしている。駆動体は互い
に直交する向きの振動を合成した斜めの直線振動あるい
は楕円振動をするもので、これを構造的に分類すると、
振動片型、ねじり振動子型、進行波型の三つの型があ
る。
In the ultrasonic motor, a vibrating driving body and a driven body are arranged close to each other, and vibration in the feeding direction of the driving body is transmitted to the driven body via friction. The driving body performs oblique linear vibration or elliptical vibration that is a combination of vibrations in directions orthogonal to each other, and if this is structurally classified,
There are three types, vibrating reed type, torsional oscillator type, and traveling wave type.

振動片型の超音波モータは、第18図に示すように、縦
に振動する圧電振動子11及びこれに付設した振動片12を
被駆動体13の接触面に対して斜めに設置して、被駆動体
13を一定方向に押すことにより駆動するもので、エネル
ギー変換効率が高く、高速作動をさせることができる。
As shown in FIG. 18, the vibrator element type ultrasonic motor has a vertically vibrating piezoelectric vibrator 11 and a vibrator element 12 attached to the piezoelectric vibrator 11, which are installed obliquely with respect to a contact surface of a driven body 13. Driven body
It is driven by pushing 13 in a certain direction, and has high energy conversion efficiency and can operate at high speed.

また、ねじり振動子型の超音波モータは、第19図に示
すように圧電振動子14にねじり結合素子15を付設したも
ので、圧電振動子14の縦振動によりねじり結合素子15を
撓み変形させて圧電振動子14の軸回りの回転変位を作
り、振動片型のような直線的振動ではなく、楕円振動を
起こすようにしたものである。
Further, as shown in FIG. 19, the torsional vibrator type ultrasonic motor has a piezoelectric vibrator 14 provided with a torsional coupling element 15, and the longitudinal vibration of the piezoelectric transducer 14 causes the torsional coupling element 15 to bend and deform. By making a rotational displacement around the axis of the piezoelectric vibrator 14, the elliptical vibration is generated instead of the linear vibration like the vibrating bar type.

進行波型の超音波モータは、第20図に示すように、円
環状または円板状に形成した振動体16に圧電素子17を接
合し、振動体16に周方向に進行する撓み振動波を与える
ことにより、ロータ18との接触面を楕円振動させるもの
で、接触面積が多いために摩耗が少ないなどの利点を有
している。
As shown in FIG. 20, the traveling wave type ultrasonic motor has a piezoelectric element 17 bonded to a vibrating body 16 formed in an annular shape or a disc shape, and a flexural vibrating wave traveling in the circumferential direction is applied to the vibrating body 16. By giving it, the contact surface with the rotor 18 is caused to oscillate in an elliptical manner, and there is an advantage that the wear is small because the contact area is large.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような従来の技術においては、
いずれも次のような解決すべき課題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional techniques as described above,
In each case, there were the following issues to be solved.

まず、振動片型の超音波モータにおいては、振動片12
と被駆動体13の接触が間欠的であるために、回転が不安
定であり、また、被駆動体の送りの方向も変えることが
できず一定である。さらに、ロータ振動片12の先端の摩
耗が激しいなどの問題がある。
First, in a vibrating piece type ultrasonic motor, the vibrating piece 12
Since the contact between the driven body 13 and the driven body 13 is intermittent, the rotation is unstable, and the feeding direction of the driven body cannot be changed and is constant. Further, there is a problem that the tip of the rotor vibrating piece 12 is severely worn.

ねじり振動子型超音波モータは、リニアモータとして
使用するには、直線運動変換機構を必要とすることなど
の欠点があった。
The torsional vibrator ultrasonic motor has drawbacks such as the need for a linear motion conversion mechanism when used as a linear motor.

そして、進行波型超音波モータは、エネルギー変換効
率が低い上、上記と同じように直線運動変換機構が必要
になるという欠点がある。また、信号波型の超音波リニ
アモータとして、円環または円板状の振動体16の替わり
に直線状の振動体を設置し、これに進行波を与えて振動
を被駆動体に伝達することが考えられるが、この場合に
は、レール全体に進行波を励振させるために一層エネル
ギーの損失が大きくなり、効率が低下するという欠点が
ある。
The traveling wave type ultrasonic motor has a drawback that the energy conversion efficiency is low and a linear motion conversion mechanism is required as described above. Further, as a signal wave type ultrasonic linear motor, a linear vibrating body is installed instead of the ring-shaped or disc-shaped vibrating body 16, and a traveling wave is given to this to transmit the vibration to the driven body. However, in this case, since the traveling wave is excited in the entire rail, there is a drawback that the energy loss is further increased and the efficiency is reduced.

この発明は、超音波振動を利用したエネルギー効率の
良い簡単な構成の超音波リニアモータを提供することを
目的とするものである。
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic linear motor which utilizes ultrasonic vibration and has a simple structure with good energy efficiency.

[課題を解決するための手段] 上記のような課題を解決するために、この発明は、弾
性体を素材として一対の脚部及びこれを連結する胴部か
ら成る振動体を構成し、この振動体に前記脚部の軸線に
対して斜めに取り付けられて該振動体を加振する振動素
子を取り付けてなるものである。振動体の形状や、振動
素子の取り付け方法などは適宜のものが採用されるが、
振動素子を胴部の端部近傍に一対取り付けた構造がエネ
ルギー効率が高いことを突き止めた。振動素子どうしの
振動の位相差を90度の近辺に設定することが効率的な駆
動方法であった。振動素子としては、通常は、圧電セラ
ミックスを使用した圧電素子を用いる。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention configures a vibrating body including a pair of legs and a body connecting the legs using an elastic body, A vibrating element is attached to the body obliquely with respect to the axis of the leg portion to vibrate the vibrating body. Although the shape of the vibrating body and the mounting method of the vibrating element are appropriately selected,
We have found that the structure in which a pair of vibration elements are attached near the end of the body has high energy efficiency. An efficient driving method was to set the phase difference of vibration between the vibrating elements to around 90 degrees. As the vibration element, a piezoelectric element using piezoelectric ceramics is usually used.

上記の超音波リニアモータにおいて、振動素子と胴部
とのなす角度は、通常、左右が等しくなるが補角になる
ように設定する。このようにすることで、脚部と胴部に
振動を分割して効率よく伝達することができ、効率良く
脚部先端に大きな楕円振動を発生できる。また、1つの
振動素子が胴部または脚部となす角度は45度とは限ら
ず、振動の分力の配分を考えて適宜決定すればよい。
In the above ultrasonic linear motor, the angle formed by the vibrating element and the body portion is usually set to be equal to each other on the left and right sides, but to be a complementary angle. By doing so, the vibration can be divided and efficiently transmitted to the leg and the body, and a large elliptical vibration can be efficiently generated at the tip of the leg. Further, the angle formed by one vibrating element with respect to the body portion or the leg portion is not limited to 45 degrees, and may be appropriately determined in consideration of distribution of vibration component force.

[作用] このように構成された超音波リニアモータにおいて
は、振動素子により振動体を加振すると、胴部及び脚部
は振動素子を含めた一体のものとして、その素材及び寸
法、形状、振動周波数に応じた定在波振動が発生する。
この振動は、胴部及び脚部をそれぞれその長さ方向に伸
縮させる縦振動と、これらの部材を幅方向を変形させる
撓み振動とを起こさせ、これらの振動の結果、脚部の先
端に楕円振動を励起させる。従って、脚部の先端を他の
部材(被駆動部材)に当接させることにより、この部材
と振動体とを相対移動させることができる。
[Operation] In the ultrasonic linear motor configured as described above, when the vibrating body is vibrated by the vibrating element, the body and legs are integrated as a unit including the vibrating element, and the material, size, shape, and vibration Standing wave vibration is generated according to the frequency.
This vibration causes vertical vibration that expands and contracts the body and leg in the lengthwise direction and bending vibration that deforms these members in the widthwise direction. As a result of these vibrations, an ellipse is formed at the tip of the leg. Excites vibration. Therefore, by bringing the tips of the legs into contact with another member (driven member), this member and the vibrating body can be moved relative to each other.

2本の脚部の先端における楕円振動が同一位相であっ
ても良いが、適当な位相のずれを生じさせるとさらに効
率を高めることができ、そのためにはそれぞれの脚部に
一対の振動素子を配し、その交番電源の位相を適宜ずら
せることが行われる。
The elliptical vibrations at the tips of the two legs may be in the same phase, but if an appropriate phase shift is generated, the efficiency can be further improved. To this end, a pair of vibrating elements is provided on each leg. They are arranged, and the phase of the alternating power source is appropriately shifted.

[実施例] 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図及び第2図において、1,2は互いに平行な脚
部、3はこれらの脚部1,2の一端を連結する胴部であ
る。これらは、弾性材料を各部の断面がほぼ正方形でか
つ全体をコ字状に成形して振動体4を構成している。こ
の寸法は適宜設計されるが、例示のものはアルミニウム
を材質とし、胴部5mm□×26mmL、脚部5mm□×10mmLとし
ている。振動体4の材質は、この他、ジュラルミン、
鉄、真鍮あるいはステンレス鋼などの金属材料、アルミ
ナ、ガラスあるいは炭化珪素などの無機材料、ポリイミ
ド系樹脂あるいはナイロンなどの有機材料などが使用で
きる。
In FIGS. 1 and 2, 1 and 2 are leg portions parallel to each other, and 3 is a body portion that connects one ends of these leg portions 1 and 2. In these, the vibrating body 4 is configured by molding an elastic material in which each section has a substantially square cross section and is formed into a U shape as a whole. This dimension is designed as appropriate, but the example is made of aluminum with a body of 5 mm □ × 26 mmL and legs of 5 mm □ × 10 mmL. The vibrating body 4 is made of duralumin,
A metal material such as iron, brass or stainless steel, an inorganic material such as alumina, glass or silicon carbide, an organic material such as polyimide resin or nylon can be used.

この振動体4の角の部分は、脚部1,2及び胴部3に対
して45度の角度をなすように面取りされており、その取
付面5に圧電素子(振動素子)6,7が接着剤などを用い
て取り付けられている。この圧電素子6,7は、PZT(ジル
コン酸チタン酸鉛)を素材とする積層型圧電アクチュエ
ータあるいは単板の圧電セラミックスが使用され、上記
取付面5に直交する方向に伸縮するようになっている。
圧電素子6,7としては、5mm□×9mmLのものを用いてい
る。
The corners of the vibrating body 4 are chamfered to form an angle of 45 degrees with the legs 1 and 2 and the body 3, and the piezoelectric elements (vibrating elements) 6 and 7 are attached to the mounting surface 5. It is attached using an adhesive or the like. As the piezoelectric elements 6 and 7, a laminated piezoelectric actuator made of PZT (lead titanate zirconate) or a single-plate piezoelectric ceramic is used, and the piezoelectric elements 6 and 7 expand and contract in the direction orthogonal to the mounting surface 5. .
As the piezoelectric elements 6 and 7, those of 5 mm □ × 9 mmL are used.

上記振動体4は、レール(被駆動体)8の上面に脚部
1,2の下端を接して用いられる。レール8の上面にはそ
の長手方向に脚部1,2の下端を嵌入させる幅を持つ溝8a
が形成されている。
The vibrating body 4 has leg portions on the upper surface of the rail (driven body) 8.
It is used by touching the lower ends of 1,2. On the upper surface of the rail 8, there is a groove 8a having a width for fitting the lower ends of the legs 1 and 2 in the longitudinal direction thereof.
Are formed.

次に、この超音波リニアモータに振動を付与したとき
の移動の機構を、主にFEM解析(有限要素法を用いたコ
ンピュータ解析)の結果に基づいて説明する。
Next, the mechanism of movement when vibration is applied to the ultrasonic linear motor will be described based mainly on the results of FEM analysis (computer analysis using the finite element method).

第3図は、本願の超音波リニアモータの原型というべ
きもので、脚部のみからなる振動体4aと圧電素子6とか
ら構成されているものである。
FIG. 3 is a prototype of the ultrasonic linear motor of the present application, which is composed of a vibrating body 4a having only legs and a piezoelectric element 6.

第4図及び第5図は、第3図の超音波リニアモータの
圧電素子7に V=E・sinωt の交流電圧を付与したときの有限要素法(FEM)を用い
たシミュレーションの結果を示すものである。圧電素子
7の振動は取付面を介して振動体4aに伝達され、振動体
4aの軸線に平行な成分は縦振動を、軸線に垂直な成分は
撓み振動を与え、この結果、先端において楕円振動を励
振させる。従って、振動体4aの下端面に被駆動体8を一
定の圧力で押し付けると、振動体4aと被駆動体8とは楕
円振動の向きに沿って相対移動を行う。第3図のよう
に、被駆動体がレール8であるような場合には振動体4a
が移動することになる。この超音波リニアモータにおい
ては、振動源の周波数によって縦振動あるいは撓み振動
のモードが異なるので、この振動周波数を適宜選択する
ことにより、進行方向を変えることができる。この周波
数と振動モードとの関係及びその結果として現れる進行
方向やエネルギー効率、駆動トルクなどは、駆動体4aと
圧電素子6とを一体とした構造体の振動特性などによっ
て決定されるものである。
4 and 5 show the results of a simulation using the finite element method (FEM) when an AC voltage of V = E · sinωt is applied to the piezoelectric element 7 of the ultrasonic linear motor of FIG. Is. The vibration of the piezoelectric element 7 is transmitted to the vibrating body 4a via the mounting surface,
The component parallel to the axis of 4a gives a longitudinal vibration, and the component perpendicular to the axis gives a bending vibration, and as a result, an elliptical vibration is excited at the tip. Therefore, when the driven body 8 is pressed against the lower end surface of the vibrating body 4a with a constant pressure, the vibrating body 4a and the driven body 8 relatively move along the direction of the elliptical vibration. When the driven body is the rail 8 as shown in FIG. 3, the vibrating body 4a is used.
Will move. In this ultrasonic linear motor, since the mode of longitudinal vibration or flexural vibration differs depending on the frequency of the vibration source, the traveling direction can be changed by appropriately selecting this vibration frequency. The relationship between the frequency and the vibration mode and the resulting advancing direction, energy efficiency, driving torque, etc. are determined by the vibration characteristics of the structure in which the driving body 4a and the piezoelectric element 6 are integrated.

本願の超音波リニアモータは、上記の振動体4aの上端
を胴部3により連結した構造となっており、基本的には
同じ原理を用いるものであるが、単に同一に考えられる
ものではない。脚部のみを切り離して考えれば、それぞ
れが独立に第5図に示したような楕円振動をしていると
考えられるが、さらにより効率が高いものである。
The ultrasonic linear motor of the present application has a structure in which the upper end of the vibrating body 4a is connected by the body portion 3 and basically uses the same principle, but is not simply considered the same. If only the legs are considered separately, it is considered that each independently makes an elliptical vibration as shown in FIG. 5, but the efficiency is even higher.

第6図及び第7図は、第1の圧電素子6(第1図にお
いて左側)に、 Va=E・sinωt の交流電圧を付与し、第2の圧電素子7には Vb=E・cosωt の交流電圧を付与したときの有限要素法(FEM)を用い
たシミュレーションの結果を示すものである。
6 and 7 show that an AC voltage of Va = E · sinωt is applied to the first piezoelectric element 6 (on the left side in FIG. 1) and Vb = E · cosωt is applied to the second piezoelectric element 7. It shows a result of a simulation using a finite element method (FEM) when an AC voltage is applied.

圧電素子7の振動は取付面5を介してて振動体4の胴
部3及び脚部1,2に伝達され、それぞれ軸線に平行な成
分は縦振動を、軸線に垂直な成分は撓み振動を与える。
脚部1,2の下端に励起される楕円振動は、胴部3の縦振
動及び撓み振動、脚部1,2の縦振動及び撓み振動の全て
を合成した結果であり、それらの振動モードは、既述し
たように振動体4と圧電素子6,7とを一体とした構造体
の振動特性と、圧電素子6,7に印加する電源の周波数及
び左右の圧電素子6,7への交番電源の位相差などにより
決定される。構造体の振動特性を決める因子としては、
振動体4の材質(弾性率など)、形状(断面形状、胴部
と脚部の長さの比率など)、寸法及び振動体4と被駆動
体間の圧接力などが挙げられる。
The vibration of the piezoelectric element 7 is transmitted to the body 3 and the legs 1 and 2 of the vibrating body 4 via the mounting surface 5, and the component parallel to the axis is vertical vibration, and the component perpendicular to the axis is flexural vibration. give.
The elliptical vibration excited at the lower ends of the legs 1 and 2 is the result of combining all of the longitudinal vibration and flexural vibration of the body 3, and the longitudinal vibration and flexural vibration of the legs 1 and 2, and their vibration modes are As described above, the vibration characteristics of the structure in which the vibrating body 4 and the piezoelectric elements 6 and 7 are integrated, the frequency of the power supply applied to the piezoelectric elements 6 and 7, and the alternating power supply to the left and right piezoelectric elements 6 and 7. It is determined by the phase difference and the like. Factors that determine the vibration characteristics of the structure include
Examples of the material include the material (e.g., elastic modulus), shape (cross-sectional shape, ratio of the lengths of the body and legs), size, and pressure contact force between the vibrating body 4 and the driven body of the vibrating body 4.

振動部材2の材質については、弾性率が大きい程内部
摩耗によるエネルギー損失が少ないが、振動の変位は小
さくなるので、総合的に最もエネルギー効率のよい材質
を選択する。また、寸法及び形状については、振動体4
の高さが大きく、断面が小さく、断面が走行方向に直交
する方向に偏平である程、撓み振動の振幅が大きくな
る。
Regarding the material of the vibrating member 2, the larger the elastic modulus is, the smaller the energy loss due to internal wear is, but the smaller the vibration displacement is. Therefore, the material having the most energy efficiency is selected comprehensively. Also, regarding the size and shape, the vibrating body 4 is used.
The larger the height, the smaller the cross section, and the flatter the cross section in the direction orthogonal to the traveling direction, the larger the amplitude of the flexural vibration.

従って、寸法、材質、形状の設定、及び振動周波数と
左右の圧電素子6,7の位相差の選択を適切に行えば、胴
部3と脚部1,2の縦振動及び撓み振動を有効に起こさ
せ、その結果、脚部1,2の下端に振幅の大きな楕円振動
を起こさせる。左右の脚部1,2の楕円振動は同じ形状と
は限らず、図示する例では、第8図(イ)に示すよう
に、sin波側が比較的横に偏平であるのに対して、同図
(ロ)に示すようにcos波側が縦に偏平となっている。
なお、図示例は、振動源の周波数を91.181kHzに設定し
ている。
Therefore, if the size, material and shape are set and the vibration frequency and the phase difference between the left and right piezoelectric elements 6 and 7 are properly selected, the longitudinal vibration and flexural vibration of the body 3 and the legs 1 and 2 can be effectively performed. As a result, elliptical vibration with large amplitude is caused at the lower ends of the legs 1 and 2. The elliptical vibrations of the left and right legs 1 and 2 are not necessarily the same shape. In the example shown in the figure, the sin wave side is relatively laterally flat as shown in FIG. As shown in Figure (b), the cos wave side is vertically flat.
In the illustrated example, the vibration source frequency is set to 91.181 kHz.

第9図及び第10図に示すのは、この発明の他の実施例
であり、レール8の下部に支持枠9に車軸10を支持され
た前後一対の車輪11が設けられている。すなわち、胴部
3の上面には梁部材12が固定されており、この梁部材12
の両端部と上記支持枠9の中央との間には弾性部材(コ
イルばね)13が張設され、このコイルばね13により、脚
部1,2の下面はレール8の上面に、また車輪11はレール
8の下面にそれぞれ圧接されている。このコイルばね13
は負荷される荷重に応じて適宜な弾性係数を有するもの
が選ばれる。この例においては、レールが傾斜したり直
立した状態でも使用ができるという利点を有している。
FIG. 9 and FIG. 10 show another embodiment of the present invention, in which a pair of front and rear wheels 11 having an axle 10 supported by a support frame 9 is provided on the lower portion of the rail 8. That is, the beam member 12 is fixed to the upper surface of the body portion 3.
Elastic members (coil springs) 13 are stretched between both end portions of the support frame 9 and the center of the support frame 9, and the coil springs 13 cause the lower surfaces of the legs 1 and 2 to be on the upper surfaces of the rails 8 and the wheels 11. Are pressed against the lower surface of the rail 8. This coil spring 13
Is selected to have an appropriate elastic coefficient according to the applied load. This example has the advantage that it can be used even when the rail is tilted or upright.

また、第11図ないし第17図に示すのは、この発明の他
の実施例であり、それぞれ圧電素子6,7の取付位置を変
化させたものである。
FIGS. 11 to 17 show another embodiment of the present invention in which the mounting positions of the piezoelectric elements 6 and 7 are changed.

第11図は圧電素子6,7を振動体4の角部の内側に取り
付けたもの、第12図は角部外側を突出させてその先端に
取り付けたもの、第13図は角部内側を突出させてその先
端に取り付けたもの、第14図は一方を外側に他方を内側
に取り付けたものである。また、第15図は胴部3の位置
が脚部1,2の上端よりやや下になっており、圧電素子6,7
の軸線が胴部3の軸線と胴部3の端部において交差して
いるもの、第16図は脚部1,2の位置が胴部3の端よりや
や内側になっているもの、第17図は胴部3の位置が脚部
1,2の上端よりやや下になっており、かつ圧電素子6,7の
取付面5が内側に向いているものである。
FIG. 11 shows the piezoelectric elements 6 and 7 attached inside the corners of the vibrating body 4, FIG. 12 shows the outside of the corners protruding and attaching them to the tips, and FIG. 13 shows the inside of the corners protruding. Then, one is attached to the outside and the other is attached to the inside, as shown in FIG. Further, in FIG. 15, the position of the body 3 is slightly lower than the upper ends of the legs 1 and 2, and the piezoelectric elements 6 and 7
Axis of the body 3 intersects the axis of the body 3 at the end of the body 3, FIG. 16 shows that the positions of the legs 1 and 2 are slightly inside the end of the body 3, In the figure, the position of the trunk 3 is the leg
It is slightly lower than the upper ends of 1, 2 and the mounting surface 5 of the piezoelectric elements 6, 7 faces inward.

これらはそれぞれ、構造上の特徴を有しているので、
リニアモータの使用される状況により選択すればよい。
進行方向と位相差の関係は前述したものと異なるものと
なるが、基本的考えかたは同じである。
Since each of these has structural features,
It may be selected depending on the usage of the linear motor.
The relationship between the traveling direction and the phase difference is different from that described above, but the basic idea is the same.

これらの例においては、胴部3と圧電素子6,7のなす
角度は45度であるが、これに限られず、胴部3と等角度
あるいはその補角をなしていればよい。
In these examples, the angle formed by the body portion 3 and the piezoelectric elements 6 and 7 is 45 degrees, but the angle is not limited to this, and it is sufficient if the body portion 3 and the piezoelectric elements 6 and 7 form an equal angle or a complementary angle.

また、両圧電素子に付与する電源電圧の位相差を、上
記実施例においては90度としたが、これはこの値が最も
効率が良いと思われるからで、10〜170度の間の適宜の
値でもよい。
Further, the phase difference of the power supply voltage applied to both piezoelectric elements is 90 degrees in the above-mentioned embodiment, but since this value seems to be the most efficient, an appropriate value between 10 and 170 degrees is used. It may be a value.

第1図に示す実施例の走行体4において、縦振動素子
3にピーク間で5.0Vの駆動電圧を付与し、駆動電圧周波
数105kHz、圧接力1.0kg・fとしたときに、無負荷での
最大速度は0.3m/秒であった。上記周波数が最も効率の
高いところであるが、80〜120kHzの範囲で実用的に作動
することを確認した。
In the traveling body 4 of the embodiment shown in FIG. 1, when a driving voltage of 5.0 V is applied to the longitudinal vibration element 3 between peaks, the driving voltage frequency is 105 kHz, and the pressure contact force is 1.0 kg · f, no load is applied. The maximum speed was 0.3 m / sec. Although the above-mentioned frequency is the most efficient, it was confirmed that it works practically in the range of 80 to 120 kHz.

なお、上記実施例においては、振動素子としてPZTを
素材とする圧電素子を用いたが、これ以外の振動素子、
例えば磁歪素子などを用いてもよい。
In the above example, a piezoelectric element made of PZT was used as the vibration element, but other vibration elements,
For example, a magnetostrictive element or the like may be used.

[発明の効果] 以上詳述したように、この発明は、弾性体を素材とし
て一対の脚部及びこれを連結する胴部から成る振動体を
構成し、この振動体に前記脚部の軸線に対して斜めに取
り付けられて該振動体を加振する振動素子を取り付けて
なるので、胴部及び脚部にそれぞれ縦振動と撓み振動を
起こさせ、その結果、胴部の先端に振幅の大きい楕円振
動を励起させることができる。従って、振動体に定在波
振動を付与してこれを直線運動に変換することにより、
エネルギー効率の良い超音波リニアモータを提供するこ
とができる。また、振動素子を胴部の端部近傍に一対配
し、これらの交番電源に位相差を与えることにより、縦
振動及び撓み振動を強化し、エネルギー効率を一層向上
させる更に、振動体を脚部の軸線に対して斜めに取り付
けることで、振動を効率よく胴部と脚部に分割して伝達
することができ、この分割して伝達した振動により脚部
の先端に大きな楕円振動を発生できるので、振動体を脚
部の軸線に対して斜めに取り付けるという簡単な構成で
エネルギー伝達効率の良い超音波リニアモータを提供で
きる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention constitutes a vibrating body composed of a pair of leg portions and a body portion connecting the leg portions using an elastic body as a material, and the vibrating body is provided with an axis line of the leg portions. Since a vibrating element that is obliquely attached to vibrate the vibrating body is attached, longitudinal vibration and flexural vibration are caused in the body and leg, respectively, and as a result, an ellipse with large amplitude is formed at the tip of the body. Vibration can be excited. Therefore, by applying standing wave vibration to the vibrating body and converting it to linear motion,
It is possible to provide an ultrasonic linear motor with good energy efficiency. In addition, a pair of vibrating elements are arranged near the end of the body and a phase difference is applied to these alternating power sources to enhance longitudinal vibration and flexural vibration and further improve energy efficiency. By mounting it diagonally with respect to the axis of, it is possible to efficiently transmit the vibration by dividing it into the body and leg, and the vibration transmitted by dividing this can generate a large elliptical vibration at the tip of the leg. It is possible to provide an ultrasonic linear motor having a high energy transmission efficiency with a simple configuration in which the vibrating body is obliquely attached to the axis of the leg.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第2図はそ
の側面図、第3図はその原理を示すため超音波リニアモ
ータの斜視図、第4図及び第5図は第3図の超音波リニ
アモータのFEMの解析結果を示す図、第6図ないし第8
図はこの発明の超音波リニアモータのFEM解析の結果を
示す図、第9図はこの発明の他の実施例を示す側面図、
第10図はその正面図、第11図ないし第17図はさらに他の
実施例を示す側面図、第18図ないし第20図は従来例を示
す断面図である。 1,2……脚部、3……胴部、4……振動体、6,7……振動
素子(圧電素子)。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is a perspective view of an ultrasonic linear motor to show its principle, and FIGS. The figure which shows the FEM analysis result of the ultrasonic linear motor of the figure, FIG. 6 thru | or 8
FIG. 9 is a diagram showing the result of FEM analysis of the ultrasonic linear motor of the present invention, FIG. 9 is a side view showing another embodiment of the present invention,
FIG. 10 is a front view thereof, FIGS. 11 to 17 are side views showing still another embodiment, and FIGS. 18 to 20 are sectional views showing a conventional example. 1,2 ... Legs, 3 ... Body, 4 ... Vibrator, 6,7 ... Vibration element (piezoelectric element).

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】弾性体を素材として一対の脚部及びこれを
連結する胴部から成る振動体が構成され、この振動体に
は前記脚部の軸線に対して斜めに取り付けられて該振動
体を加振する振動素子が取り付けられてなることを特徴
とする超音波リニアモータ。
1. A vibrating body comprising a pair of leg portions and a body portion connecting the leg portions made of an elastic body, the vibrating body being obliquely attached to the vibrating body with respect to an axis of the leg portion. An ultrasonic linear motor characterized in that a vibrating element for vibrating is attached.
【請求項2】上記振動素子は胴部の端部近傍に1つづつ
取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の超
音波リニアモータ。
2. The ultrasonic linear motor according to claim 1, wherein the vibrating elements are attached one by one near the end of the body.
【請求項3】弾性体を素材として少なくとも一対の脚部
から成る振動体に、振動体の軸線に対して斜めに位置し
て該振動体を加振する振動素子が取り付けられ、該振動
素子の1つにより前記脚部の一端部に縦振動及び撓み振
動が励起自在にされてなることを特徴とする超音波リニ
アモータ。
3. A vibrating element, which is made of an elastic material and is composed of at least a pair of legs, is provided with a vibrating element positioned obliquely with respect to the axis of the vibrating element to vibrate the vibrating element. An ultrasonic linear motor, characterized in that longitudinal vibration and flexural vibration can be excited at one end of the leg portion by one.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2667251B2 (en) 1989-06-27 1997-10-27 アルプス電気株式会社 Drive control device for in-vehicle electrical components

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